JP4708202B2 - Battery and battery manufacturing method - Google Patents
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Description
この発明は、電池及び電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a battery and a battery manufacturing method.
図11に示すように、従来の電池Bとして正極板71と負極板72とをセパレータ73を介して渦巻き状に巻回し、この巻回された電極群74をケース75内に収容して封口板76で閉塞した構造のものがある。ところで、電極群74は集電体77を介してケース75内に収容され封口板76で閉塞されるが、この封口板76を取り付けるにあたっては、キャップ状の正極端子78に接続されたフィルター79と集電体77との間にこれらを電気的に接続するタブ80が設けられている。このタブ80は断面S字状に形成され、電極群74の縦方向の寸法誤差を弾性的に吸収するものである(特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来の電池Bにあってはタブ80により電極群74の寸法ばらつきを吸収できる点で優れているが、タブ80の分だけ高さ寸法が増加してしまう、したがって、電池Bを複数本直列で使用する場合には、このタブ80により増加する電池Bの占有スペースが無視できないものとなるという問題がある。
また、タブ80を設ける分だけ電池Bの内部抵抗が増加し高出力化の障害となるという問題がある。
However, although the conventional battery B is excellent in that the dimensional variation of the
Further, there is a problem that the internal resistance of the battery B is increased by the provision of the
そこで、この発明は、タブを用いなくても電極群の寸法ばらつきを吸収することができ、内部抵抗の増加を回避できる電池及び電池の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a battery and a battery manufacturing method that can absorb the dimensional variation of the electrode group without using a tab and can avoid an increase in internal resistance.
上記目的を達成するために、請求項1に記載した発明は、帯状の正極板(例えば、実施形態における正極板34)と負極板(例えば、実施形態における負極板35)とをセパレータ(例えば、実施形態におけるセパレータ36)で絶縁し渦巻き状に巻回した電極群(例えば、実施形態における電極群37)を有底筒状のケース(例えば、実施形態におけるケース31)内に収容し、該ケースの開口部(例えば、実施形態における上部開口部32)をシール部材(例えば、実施形態におけるガスケット50)を介して封口板(例えば、実施形態における封口板33)によって閉塞した電池において、前記封口板の周縁に前記ケースの外壁面(例えば、実施形態における外壁面55)に沿う方向に立ち上がる縦壁部(例えば、実施形態における縦壁部56)を設け、この縦壁部と前記ケースの開口部周縁(例えば、実施形態における開口部周縁49)とを重合し、前記ケースの開口部周縁と前記封口板の縦壁部の何れか一方を他方に対し巻き込んだ後に下側に折り曲げてかしめて前記ケースに前記封口板を固定したことを特徴とする。請求項2に記載した発明のように前記封口板の縦壁部の端末(例えば、実施形態における端末57)を外側に折り曲げた後に下側に折り曲げて、前記ケースの開口部周縁を巻き込むようにして固定したり、請求項3に記載した発明のように、前記ケースの開口部周縁を内側に折り曲げた後に下側に折り曲げて、前記封口板の前記縦壁部を巻き込むようにして固定することができる。
このように構成することで、電極群の高さ方向での寸法ばらつきを、重合された封口板の縦壁部とケースの開口部周縁との重合位置を変化させることで、ケースの縦方向で位置調整して吸収する。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1, a strip-like positive electrode plate (for example,
By configuring in this way, the dimensional variation in the height direction of the electrode group is changed in the vertical direction of the case by changing the overlapping position of the vertical wall portion of the overlapped sealing plate and the periphery of the opening portion of the case. Adjust the position and absorb.
請求項4に記載した発明は、走行駆動用モータあるいは走行駆動補助用モータを備えた車両(例えば、実施形態における車両1)のモータ駆動用電源として用いられることを特徴とする。
このように構成することで、複数個を直列で接続した場合に占有スペースを大きく削減できると共にタブを用いた場合に比較して内部抵抗が小さくできる。
The invention described in claim 4 is characterized in that it is used as a power source for driving a motor of a vehicle (for example, the vehicle 1 in the embodiment) provided with a driving motor or a driving assist motor.
With this configuration, when a plurality are connected in series, the occupied space can be greatly reduced, and the internal resistance can be reduced as compared with the case where a tab is used.
請求項5に記載した方法発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータで絶縁し渦巻き状に巻回した電極群を有底筒状のケース内に収容し、該ケースの開口部をシール部材を介して封口板によって閉塞した電池の製造方法であって、前記電極群と前記集電体とを溶接する工程(例えば、実施形態における第2工程)と、前記ケースの開口部から前記ケースの外側面に沿う方向に立ち上がる縦壁部が周縁に設けられた封口板を前記ケースに収容する工程(例えば、実施形態における第3工程)と、前記ケースの開口部周縁と前記封口板の何れか一方を他方に対して巻き込んだ後に下側に折り曲げてかしめて前記ケースに前記封口板を固定する工程(例えば、実施形態における第5工程)を有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, an electrode group in which a strip-like positive electrode plate and a negative electrode plate are insulated with a separator and wound in a spiral shape is housed in a bottomed cylindrical case, and the opening of the case is sealed. A method for manufacturing a battery closed by a sealing plate through a member, the step of welding the electrode group and the current collector (for example, the second step in the embodiment), and the case from the opening of the case A step (for example, a third step in the embodiment) of housing a sealing plate having a peripheral wall with a vertical wall that rises in a direction along the outer side surface of the case, any of the peripheral edge of the opening of the case and the sealing plate step (e.g., the fifth step in the embodiment) for fixing said sealing plate to said casing caulked by bending the lower or one after involving relative to the other and having a.
請求項1〜3に記載した発明によれば、電極群の高さ方向での寸法ばらつきを、重合された封口板の縦壁部とケースの開口部周縁との重合位置を変化させることで、ケースの縦方向で位置調整して吸収することができるため、タブが必要なくなり、内部抵抗の増加を防止できると共に部品点数の削減を図ることができる効果がある。
請求項4に記載した発明によれば、複数個を直列で接続した場合に占有スペースを大きく削減できると共にタブを用いた場合に比較して内部抵抗が小さくできるため、小型であっても高出力を発生させることできる効果がある。
請求項5に記載した発明によれば、ケースの開口部から縦壁部を備えた封口板を収容すると電極群の高さ寸法に応じた位置まで封口板がケース内に挿入され、この位置でケースと封口板が固定されるため、特別にケースに対する封口板の位置決め工程も必要なく、タブ等を用いた場合に比較して作業工数を削減して製造することができる効果がある。
According to the invention described in the first to third aspects, by changing the superposition position of the vertical wall portion of the superposed sealing plate and the periphery of the opening portion of the case, the dimensional variation in the height direction of the electrode group, Since the position can be adjusted and absorbed in the longitudinal direction of the case, there is no need for a tab, and an increase in internal resistance can be prevented and the number of parts can be reduced.
According to the invention described in claim 4 , when a plurality are connected in series, the occupied space can be greatly reduced and the internal resistance can be reduced as compared with the case where a tab is used. There is an effect that can generate.
According to the invention described in claim 5, when the sealing plate having the vertical wall portion is accommodated from the opening portion of the case, the sealing plate is inserted into the case up to a position corresponding to the height dimension of the electrode group. Since the case and the sealing plate are fixed, there is no need for a special positioning step of the sealing plate with respect to the case, and there is an effect that the number of work steps can be reduced as compared with the case where a tab or the like is used.
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1〜4に示すのは、この発明の実施形態に係る電池を複数個直列に接続し電池ユニットとしてハイブリッド車両に搭載したものであり、電池ユニットは走行駆動補助用あるいは減速回生用のモータの充放電可能な電源として用いられる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show that a plurality of batteries according to an embodiment of the present invention are connected in series and mounted on a hybrid vehicle as a battery unit. The battery unit is a motor for driving driving assistance or for decelerating regeneration. Used as a chargeable / dischargeable power source.
図1、図2に示すように、車両1の車体前部のエンジンルーム2には、エンジンとトランスミッションとの間にモータを挟み込んで構成されたパワーユニット3が搭載され、このパワーユニット3からの駆動力が前輪4に伝達される。エンジンルーム2の後方には車室7内にフロントシート5、リヤシート6が配置され、リヤシート6のシートバック6aの後方にはトランクルーム8内に、下部がリヤクロスメンバ9に、上部がリヤパーセル10に各々固定された高圧電装ボックス11が配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a power unit 3 having a motor sandwiched between an engine and a transmission is mounted in an
高圧電装ボックス11は、フロア12下の電力ケーブル13を介してパワーユニット3に接続されており、図2、図3に示すように高圧電装ボックス11の外装ケース14内に電池ユニット15が収容されたバッテリボックス16とインバーターユニット17が左右に振り分けて配置されている。尚、図3において18は車室7内の空気を導入可能とする吸気ダクト、19は排気ダクト、20は冷却ファンを示す。
The high
図4に示すように、バッテリボックス16はボックス本体21と蓋部22と側板30とで構成されている。バッテリボックス16の内部には、アッパホルダ23とミドルホルダ24とロアホルダ25により拘束され、かつ保持フレーム26に保持された電池ユニット15が収容されている。電池ユニット15は6個の電池Bが直列に接続された棒状電池27が複数列並べられると共に各棒状電池27がジョイント28により直列に接続され、さらにこれらが複数段直列に接続された状態で積み重ねられたものである。尚、29はバスバープレートを示す。
As shown in FIG. 4, the
図5は電池の断面図、図6は電池の分解斜視図である。同図に示すように、この電池Bはアルカリ畜電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池であって、有底円筒状の金属製で負極を構成するケース31とこのケース31の上部開口部32に装着される封口板33を備えている。
ケース31内には帯状の正極板34と負極板35とをセパレータ36で絶縁して渦巻き状に巻回した電極群37が電解液と共に収容されている。正極板35は上方へ突出し、負極板35は下方へ突出している。そして、電極群37の下部には負極集電体38が配置され、この負極集電体38がケース31の底壁(底部)39との間に介装されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the battery, and FIG. 6 is an exploded perspective view of the battery. As shown in the figure, this battery B is a chargeable / dischargeable secondary battery such as an alkaline livestock battery, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, etc., and a
In the
負極集電体38は方形状に形成された板状部材であって、90°度間隔で角部から中央部に向かって長さの異なる一対のスリット40,40’が2組形成され、このスリット40,40’で区画された4つの舌片部41にスリット40,40’の側縁から上向きにバーリング突起片42が切り起こし成形されている。一側の舌片部41の外縁には突出片43が外側に延出され、舌片部41がケース31の底壁39に抵抗溶接により接合されている。バーリング突起片42は電極群37の負極板35の下端部に食い込ませた状態で負極板35に抵抗溶接により接合され、負極板35とケース31とが電気的に接続されるようになっている。
The negative electrode
電極群37の上部には正極集電体44が載置されている。正極集電体44は中央部に孔45を有するものであって、負極集電体38と同様に方形状に形成された板状部材であって、90°度間隔で角部から中央部に向かって4つのスリット46が形成されている。これらのスリット46で区画された4つの舌片部47にスリット46の側縁から下向きにバーリング突起片48が切り起こし成形され、舌片部47が電極群37の上方に位置する封口板33に抵抗溶接により接合されている。バーリング突起片48を電極群37の正極板34の上端部に食い込ませた状態で正極板34に抵抗溶接により接合され、正極板34と封口板33とが電気的に接続されるようになっている。
A positive electrode
図7にも示すように、ケース31の開口部周縁49には、これを包み込むようにナイロン製などのU字断面形状のガスケット(シール部材)50が装着されている。ガスケット50の内周壁51の下縁は、電極群37が上下方向の寸法ばらつきにより最も下側に位置する場合であっても電極群37の上端部よりも下方に位置するような長さ寸法に形成されている。また、ガスケット50の外周壁52は封口板33のかしめ代aよりも長い寸法Aに形成されている。
As shown in FIG. 7, a gasket (seal member) 50 having a U-shaped cross section made of nylon or the like is attached to the opening
封口板33はノイズ遮断用のフィルターとしての機能を備えたものであって、正極集電体44の上面を覆うと共にケース31の上部開口部32を閉塞するものである。封口板33の中央部には作業用の孔53が形成されている。また、封口板33の外側寄りには同心円状に下に向いた断面凸状の弾性リング部54が形成され、封口板33の外周縁にはケース31の外壁面55に沿う方向に立ち上がる縦壁部56が形成されている。
そして、縦壁部56とケース31の開口部周縁49とをこの開口部周縁49に装着されたガスケット50越しに重合し、封口板33の縦壁部56の端末57を外側に折り曲げた後に下側に折り曲げガスケット50を挟み込むようにしてケース31の開口部周縁49を巻き込んで、ケース31に封口板33がかしめ固定されている。
封口板33の縦壁部56とケース31の開口部周縁49との重合部Zが、封口板33をケース31の縦(上下)方向に対する位置調整部として構成されている。
The
Then, the
The overlapping portion Z between the
封口板33の中央部分には内圧が上昇した場合にガス抜きを行うためのゴム弁体58が装着され、このゴム弁体58を覆うようにしてハット型断面形状の正極を構成するキャップ59がフランジ部60により封口板33に溶接接合されて取り付けられている。
封口板33にはキャップ59を逃げる孔61を備えた筒状の接合ホルダ62が装着され、接合ホルダ62の開口部周縁63は封口板33のかしめ部分64に沿って有段成形され、直列に接続される他の電池Bの負極側の端部を受け入れる開口部65を上方に向けている。
A
A cylindrical joining
次に、図8に基づいて、電池Bの製造方法について前述した各部の符号を付して説明する。
先ず、図8(a)に示すように、帯状の正極板34と負極板35とをセパレータ36で絶縁し渦巻き状に巻回して電極群37を形成する(電極群構成工程である第1工程)。次に、図8(b)に示すように、電極群37の正極板34の上端部に正極集電体44を、電極群34の負極板35の下端部に負極集電体38をそれぞれ抵抗溶接する(集電体溶接工程である第2工程)。そして、図8(c)に示すように、正極集電体44と負極集電体38とを取り付けた電極群37をケース31に挿入し、気密性を確保するためにケース31の上部開口部32の内面にブロンを塗布し、負極集電体38の舌片部41をケース31の底壁39に抵抗溶接により接合する(第3工程)。
Next, based on FIG. 8, the manufacturing method of the battery B will be described with the reference numerals of the respective parts described above.
First, as shown in FIG. 8A, the belt-like
そして、図8(d)に示すように、封口板33をケース31の上部開口部32にガスケット50を介して装着し、封口板33を正極集電体44の舌片部47に抵抗溶接し、封口板33の孔53から電解液を注液する(第4工程)。この時点で、封口板33は電極群37の上下方向の寸法ばらつきのない状態で位置決めされることとなる。
次に、封口板33の縦壁部56の端末57をガスケット50を挟み込むようにして外側に折り曲げた後に下側に折り曲げケース31の開口部周縁49を巻き込む予備封口を行い、更に、封口板33の縦壁部56とケース31の開口部周縁49との重合部Zを本かしめして本封口を行う(第5工程)。そして、最後にゴム弁体58を封口板33上に載置した状態でキャップ59をセットし、キャップ59のフランジ部60を封口板33に抵抗溶接してキャップ59を封口板33に取り付ける(第6工程)。
8D, the sealing
Next, after the
したがって、この実施形態によれば、電極群37に高さ方向の寸法ばらつきがあった場合でも、封口板33の外周縁の縦壁部56とケース31の開口部周縁49との重合部Zの位置を、この高さ寸法のばらつきに合わせてケース31の縦方向で調整することができる。つまり、電極群37の高さが通常より小さい場合には、封口板33の縦壁部56とケース31の開口部周縁49との重合部Zをケース31の底壁39に近づく方向にずらし、電極群37の高さが通常より大きい場合には、重合部Zをケース31の底壁39から離れる方向にずらすだけで、電極群37の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板33をケース31に取り付けることができる。
よって、電極群37の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板33をケース31に取り付けることができるため調整の自由度を高めることができる。その結果、従来のようにタブが必要なくなり、高さ寸法を抑えることができる上、タブが必要なくなる分だけ内部抵抗の増加を抑え、部品点数を低減できる。
そのため、多数の電池Bを直列で使用し配置スペースの上でも多くの制限があるハイブリッド車両の走行駆動補助用モータの小型高出力の電源として好適である。
Therefore, according to this embodiment, even when the
Therefore, since the sealing
Therefore, it is suitable as a small, high-output power source for a driving assist motor for a hybrid vehicle that uses a large number of batteries B in series and has many restrictions on the arrangement space.
また、この実施形態では、封口板33の外側寄りに同心円状に下に向いた断面凸状の弾性リング部54が形成されているため、封口板33をケース31に対して本かしめする場合に、この弾性リング部54が弾性変形して正極集電体44に弾性的に当接する。よってこの弾性力によっても寸法ばらつきを抑えることができる。
Further, in this embodiment, since the
次に、この発明の第2実施形態を図9に基づいて説明する。
図9に示すように、第1実施形態の電池Bのケース31の底壁39に、ケース31の内部に向かって立ち上げ形成されたバネ部66が形成されている。ケース31は深絞り成形などで形成されるが、この成型時に底部39の中央部分を立ち上げてバネ部66を成形する。そして、このバネ部66の上面67に、電極群37の負極板35の下端に抵抗溶接された負極集電体38が抵抗溶接により接合されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 9, a
この第2実施形態によれば、電極群37の高さ寸法にばらつきがあってもケース31の底部39のバネ部66を有効利用して、このバネ部66の持つ弾性力により電極群37を上方向に押圧して、寸法ばらつきを調整することができる。
その結果、タブを用いず部品点数、製造工数を増加させることなく、電極群37の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板33をケース31に取り付けることができる。勿論、内部抵抗の面でもタブを廃止した分だけ低減することができるため、高出力化を図ることができる。
According to the second embodiment, even if the height dimension of the
As a result, the sealing
次に、この発明の第3実施形態を図10に基づいて説明する。尚、この実施形態は第1実施形態とほぼ同様の構成を備えたものであるので第1実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。
ケース31の開口部周縁490はストレート状の第1実施形態とは異なり外側に向く段付き形状に形成されている。一方、封口板330は正極集電体44の上面を覆うと共にケース31の上部開口部320を閉塞するものである。封口板330の中央部には作業用の孔530が形成されている。また、封口板330の外側寄りには同心円状に下に向いた断面凸状の弾性リング部540が形成され、封口板330の外周縁にはケース31の外壁面55に沿う方向に立ち上がる縦壁部560が形成されている。
封口板330の縦壁部560の周縁には、これを包み込むようにナイロン製などのU字断面形状のガスケット500が装着されている。
ガスケット500の内周壁510の下縁は、封口板330の縦壁部560の内面を覆うように垂下し、ガスケット500の外周壁520は封口板330の縦壁部560の外面を覆うように垂下している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since this embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, the same portions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and described.
Unlike the straight first embodiment, the opening
A
The lower edge of the inner
そして、封口板330の縦壁部560とケース31の開口部周縁490とを封口板330に装着されたガスケット500越しに重合し、ケース31の開口部周縁490の端末570を内側に折り曲げた後に下側に折り曲げガスケット500を挟み込むようにして封口板330の縦壁部560を巻き込んで、ケース31に封口板330がかしめ固定されている。
封口板330の縦壁部560とケース31の開口部周縁490との重合部Zが、封口板330のケース31の縦(上下)方向に対する位置調整部として構成されている。
そして、ケース31の開口部周縁490が封口板330のを巻き込んでいる部分を覆うようにして絶縁材501が装着されている。
Then, after the
The overlapping portion Z between the
The insulating
封口板330の中央部分にガス抜きを行うためのゴム弁体58が装着され、このゴム弁体58を覆うようにしてハット型断面形状のキャップ59がフランジ部60により封口板330に接合されて取り付けられ、封口板330にはキャップ59を逃げる孔61を備えた筒状の接合ホルダ62が装着され、接合ホルダ62の開口部周縁63は封口板330のかしめ部分64に沿って有段成形され、直列に接続される他の電池Bの負極側の端部を受け入れる開口部65を上方に向けている点は第1実施形態と同様である。
A
したがって、この第3実施形態においても、電池Bの電極群37に高さ方向の寸法ばらつきがあった場合でも、封口板330の外周縁の縦壁部560とケース31の開口部周縁490との重合部Zの位置を、この高さ寸法のばらつきに合わせてケース31の縦方向で調整することができる。よって、電極群37の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板330をケース31に取り付けることができるため調整の自由度を高めることができる。その結果、従来のようにタブが必要なくなり、高さ寸法を抑えることができる上、タブが必要なくなる分だけ内部抵抗の増加を抑え、部品点数を低減できる。
Therefore, also in the third embodiment, even when the
尚、この発明は前記実施形態に限られるものではなく、例えば、電気自動車の駆動源として用いられる電池にも適用でき、燃料電池車両に燃料電池と共に搭載される二次電池にも適用することができる。また、第3実施形態に第2実施形態の構造を適用することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be applied to, for example, a battery used as a drive source for an electric vehicle, and can also be applied to a secondary battery mounted on a fuel cell vehicle together with the fuel cell. it can. Further, the structure of the second embodiment can be applied to the third embodiment.
1 車両
31 ケース
32 上部開口部(開口部)
33 封口板
34 正極板
35 負極板
36 セパレータ
37 電極群
39 底壁(底部)
49 開口部周縁
50 ガスケット(シール部材)
55 外壁面
56 縦壁部
57 端末
Z 重合部
1
33
49 Opening
55
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- 2006-02-03 JP JP2006026765A patent/JP4708202B2/en not_active Expired - Fee Related
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